選煤廠智能化建設(shè)成果專欄

為解決岱莊選煤廠缺乏智能化照明控制、人員安全管控及數(shù)字化設(shè)備統(tǒng)一管控等問題，推進(jìn)智能化減人提效，采用UWB技術(shù)構(gòu)建人員定位系統(tǒng)，結(jié)合光伏供電、智能照明控制及3D可視化等技術(shù)，建立了安全管理一體化的綜合管控體系。應(yīng)用結(jié)果顯示定位精度<0.5 m，照明能耗降低70%，實(shí)現(xiàn)了人員精準(zhǔn)定位、生命體征實(shí)時(shí)監(jiān)測預(yù)警、平臺高效集成等功能，顯著提升了選煤廠安全管理水平與運(yùn)營效率，在選煤廠智能化建設(shè)中具有較高的推廣價(jià)值。

文章來源：《智能礦山》2025年第9期“選煤廠智能化建設(shè)成果專欄”

第一作者：王奕明，現(xiàn)任棗莊礦業(yè)集團(tuán)岱莊煤業(yè)公司選煤廠主任工程師，主要從事煤炭洗選加工的相關(guān)研究工作。E-mail：wx1367@163.com

作者單位：棗莊礦業(yè)（集團(tuán)）濟(jì)寧岱莊煤業(yè)有限公司；棗莊礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司蔣莊煤礦；棗莊礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司田陳煤礦；河北萊奧斯照明科技有限公司

引用格式：王奕明，趙小靖，白建杰，等.岱莊選煤廠智能光伏照明及人員定位系統(tǒng)建設(shè)與應(yīng)用[J].智能礦山，2025，6(9)：28-32.

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煤炭行業(yè)智能化發(fā)展的大趨勢下，選煤廠的高效、安全與節(jié)能運(yùn)營成為重要課題。近年來智能照明和人員定位功能在多種行業(yè)成功應(yīng)用。建立集礦井人員管理、跟蹤定位、燈光管控等功能為一體的選煤廠綜合一體化管理平臺，在滿足照明需求的條件下，可有效實(shí)現(xiàn)選煤廠節(jié)能降耗的目標(biāo)。棗莊礦業(yè)（集團(tuán)）濟(jì)寧岱莊煤業(yè)有限公司選煤廠（簡稱岱莊選煤廠）安全生產(chǎn)管理過程中，存在缺乏智能化照明控制、人員安全管控、數(shù)字化設(shè)備管理的統(tǒng)一管控等諸多亟待解決的問題。

智能光伏照明系統(tǒng)建設(shè)

1.1 智能光伏照明系統(tǒng)組成

智能光伏照明系統(tǒng)建設(shè)滿足節(jié)能照明，并與人員定位系統(tǒng)融合應(yīng)用。照明系統(tǒng)部署光伏電池板、燈具及通信監(jiān)控設(shè)備，與人員定位系統(tǒng)的基站、手環(huán)等在物理布局上協(xié)同規(guī)劃。照明燈具布局為定位基站提供參考，參考照明需求密度合理設(shè)置基站位置，確保信號覆蓋全面且精準(zhǔn)，借照明系統(tǒng)已有通信鏈路，優(yōu)化定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸線路，減少建設(shè)成本與信號干擾。智能光伏照明系統(tǒng)主要由4塊光伏電池板、14塊蓄電池、供電控制器、48盞燈具、1臺服務(wù)器、1臺上位機(jī)以及相關(guān)的通信和監(jiān)控設(shè)備組成。

1.2 光伏發(fā)電照明供能

在岱莊選煤廠根據(jù)廠區(qū)布局和照明需求，在廠房樓頂合理安裝光伏電池板，增加光照時(shí)間，確保充分接收太陽能。光伏板通過逆變器將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，并供應(yīng)到廠房內(nèi)電力系統(tǒng)。充分利用太陽能光伏發(fā)電，為人員定位系統(tǒng)、夜間照明系統(tǒng)供電。

在滿足生產(chǎn)現(xiàn)場照明要求的情況下，將原照明系統(tǒng)100 W的舊照明燈更換為55 W的新型LED節(jié)能燈，減少供電量，降低了選煤廠的能耗成本，該系統(tǒng)在岱莊選煤廠的應(yīng)用，照明能耗降低70%，原照明系統(tǒng)與現(xiàn)照明系統(tǒng)用電能耗對比見表1。

表1 原照明系統(tǒng)與現(xiàn)照明系統(tǒng)用電能耗對比

1.3 智能照明控制

建設(shè)智能照明及UWB人員定位系統(tǒng)，智能LED防爆平臺燈與智能通信控臺間采用無線通信方式，智能LED防爆平臺燈集成UWB定位模塊與定位手環(huán)通信，接收UWB定位手環(huán)無線信號，減少線路改造及單獨(dú)人員定位建設(shè)成本。

智能通信控臺通過現(xiàn)場光纖網(wǎng)絡(luò)接入集控室服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向通信。軟件數(shù)據(jù)平臺提供燈具運(yùn)行時(shí)間和事件記錄，解決現(xiàn)場照度不均勻、色溫偏差大、燈具不統(tǒng)一、人員無精準(zhǔn)定位監(jiān)測、危險(xiǎn)區(qū)域無預(yù)警等問題，通過光照傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測環(huán)境光照度。

當(dāng)光照度低于設(shè)定閾值時(shí)，控制器根據(jù)預(yù)設(shè)亮度曲線，自動調(diào)節(jié)燈具亮度，滿足照明需求；智能照明系統(tǒng)根據(jù)時(shí)間、人員活動等因素智能控制，實(shí)現(xiàn)人來燈亮、人走燈滅的節(jié)能模式。在人員頻繁活動區(qū)域，燈具保持較高亮度；在人員較少或無人區(qū)域，適當(dāng)降低亮度或關(guān)閉燈具，實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的，智能照明系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 智能照明系統(tǒng)架構(gòu)

UWB人員定位系統(tǒng)建設(shè)

人員定位系統(tǒng)采用UWB技術(shù)，由定位基站（智能照明定位一體燈）、定位手環(huán)、智能通信控臺、網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備、人員定位解算服務(wù)器及三維可視化平臺操作員站組成。定位手環(huán)通過UWB無線信號與定位基站進(jìn)行精確測距，定位基站解算出距離信息后，通過智能通信控臺發(fā)送實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)到解算服務(wù)器，解算服務(wù)器根據(jù)預(yù)設(shè)解算策略定位手環(huán)實(shí)時(shí)位置，并發(fā)送至三維可視化平臺三維展示，UWB人員定位系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 UWB人員定位系統(tǒng)架構(gòu)

2.1 UWB定位精度解析

人員攜帶定位手環(huán)出現(xiàn)在定位基站范圍內(nèi)，多個(gè)定位裝置可分別測算出定位手環(huán)與自身距離，并將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行噪聲剔除、卡爾曼濾波、初步測距算法等處理，將定位手環(huán)信息及距離信息上傳至服務(wù)器端。

算法結(jié)合廠區(qū)各燈具的具體位置及高度，構(gòu)建參與運(yùn)算的坐標(biāo)系統(tǒng)，綜合考慮各種數(shù)據(jù)的濾波及篩選處理，高效、準(zhǔn)確計(jì)算出位置信息。增加現(xiàn)場定位基站密度，可提供更多距離數(shù)據(jù)參與位置計(jì)算，提升定位精度。服務(wù)器端通過空間位置核心算法，結(jié)合燈具空間坐標(biāo)位置，測算出人員定位手環(huán)的位置范圍。

2.2 優(yōu)化信號傳輸與抗干擾措施

由于岱莊選煤廠原煤系統(tǒng)采用TDS智能化干選機(jī)進(jìn)行分選，設(shè)備整體較大，人員定位系統(tǒng)受到障礙物和電磁干擾較大。針對TDS產(chǎn)生的X射線和電磁場造成信號干擾問題，采取2方面的有效措施，優(yōu)化廠房內(nèi)安裝定位基站和算法，提升定位精度。

（1）選擇合適的無線頻段，避開干擾源，增加信號中繼設(shè)備，增強(qiáng)信號覆蓋范圍。

（2）采用抗干擾能力強(qiáng)的通信技術(shù)和算法，提高信號傳輸?shù)目煽啃?，定期，檢測和維護(hù)系統(tǒng)，及時(shí)排除故障隱患，確保系統(tǒng)在惡劣環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行。

2.3 建立3D廠房模型構(gòu)建三維定位

岱莊選煤廠空間布局復(fù)雜，二維定位難以精準(zhǔn)確定人員位置。為實(shí)現(xiàn)高精度的人員三維定位，構(gòu)建三維立體廠房全尺寸3D模型，作為定位系統(tǒng)的精確空間參照系，定位信號精準(zhǔn)匹配到廠房內(nèi)XYZ坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)人員所處物理空間的精準(zhǔn)定位，廠房3D可視化界面實(shí)景界面如圖3所示。

圖3 廠房3D可視化界面實(shí)景界面

安全管控系統(tǒng)建設(shè)

岱莊選煤廠建設(shè)安全管控系統(tǒng)的監(jiān)控中心，建立統(tǒng)一管理平臺，整體展示照明系統(tǒng)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和人員定位信息。管理人員通過平臺實(shí)時(shí)掌握選煤廠的照明狀態(tài)、人員分布和活動軌跡等信息，實(shí)現(xiàn)對選煤廠的全面智能化管理。

3.1 應(yīng)用場景需求分析

選煤廠作業(yè)環(huán)境存在一定危險(xiǎn)性，部分崗位勞動強(qiáng)度較大，安全管控系統(tǒng)軟件平臺具有人員心率監(jiān)測功能，實(shí)時(shí)監(jiān)測職工心率變化，及時(shí)發(fā)現(xiàn)職工過度勞累、突發(fā)疾病等身體不適情況，以便快速采取急救措施，保障職工生命安全，避免因人員身體突發(fā)狀況對生產(chǎn)造成不良影響。

3.2 生產(chǎn)區(qū)域照明與人員管理

在選煤廠原煤系統(tǒng)所屬廠房、輸送帶棧橋等區(qū)域，智能光伏照明系統(tǒng)根據(jù)人員活動和自然光照度自動調(diào)節(jié)照明亮度，為生產(chǎn)作業(yè)提供良好的照明條件。

人員定位系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集工作人員位置，確保人員在規(guī)定區(qū)域內(nèi)作業(yè)，防止誤入危險(xiǎn)區(qū)域。當(dāng)人員靠近設(shè)備或進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域時(shí)，系統(tǒng)自動發(fā)出警報(bào)提醒，提高了生產(chǎn)安全性。

通過在人員定位標(biāo)簽中集成微型心率傳感器，或佩戴專用心率監(jiān)測與定位系統(tǒng)兼容的智能手環(huán)等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)心率數(shù)據(jù)的采集，與人員位置信息關(guān)聯(lián)整合，形成集人員位置與心率狀態(tài)綜合監(jiān)控體系。

3.3 應(yīng)用場景及優(yōu)勢

在實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)中，當(dāng)職工在主廠房內(nèi)進(jìn)行設(shè)備巡檢任務(wù)時(shí)，人員定位系統(tǒng)記錄巡檢路線和時(shí)間，確保巡檢工作的全面性和及時(shí)性。后臺管理系統(tǒng)實(shí)時(shí)追蹤位置，同步監(jiān)測巡檢人員心率情況，人員在主廠房內(nèi)設(shè)備巡檢界面如圖4所示。

圖4 人員在主廠房內(nèi)設(shè)備巡檢界面

當(dāng)人員在某地點(diǎn)長時(shí)間停留，會觸發(fā)視頻隨動功能，集控大屏實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場信息。實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、集中控制、智能巡檢、單燈精細(xì)化控制、單燈智能感應(yīng)控制、單燈故障自動報(bào)警、系統(tǒng)異常報(bào)警、精準(zhǔn)人員定位、電子圍欄、歷史軌跡查詢、可視化平臺管理、自動運(yùn)行控制、智能系統(tǒng)聯(lián)動等功能，岱莊選煤廠智慧照明管理平臺界面如圖5所示。

圖5 岱莊選煤廠智慧照明管理平臺界面

安全管控系統(tǒng)實(shí)施效果

（1）人員定位精準(zhǔn)

采用分層架構(gòu)設(shè)計(jì)的UWB人員定位系統(tǒng)，定位精度<0.5 m。定位手環(huán)與無線信號基站協(xié)同，在復(fù)雜的原煤系統(tǒng)環(huán)境中，多障礙物與強(qiáng)電磁干擾下滿足精準(zhǔn)定位，為安全生產(chǎn)和管理提供了可靠保障。

（2）監(jiān)測預(yù)警實(shí)時(shí)

定位手環(huán)具備心率、血氧、運(yùn)動狀態(tài)等生命體征數(shù)據(jù)監(jiān)測功能，智能軟件平臺實(shí)時(shí)顯示生命體征監(jiān)測數(shù)據(jù)，出現(xiàn)異常時(shí)，平臺端彈窗報(bào)警，并通過手環(huán)振動和屏幕顯示提醒，保障廠區(qū)作業(yè)人員生命體征健康，緊急情況時(shí)及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理，避免二次傷害和擴(kuò)大損失。

（3）平臺集成高效

智能光伏照明與人員定位系統(tǒng)無縫集成，監(jiān)控中心統(tǒng)一管理平臺整合照明監(jiān)控與人員定位數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)選煤廠全方位智能化管理。精準(zhǔn)數(shù)據(jù)支撐使管理決策科學(xué)高效，提升生產(chǎn)調(diào)度精準(zhǔn)度與管理效率，驅(qū)動選煤廠運(yùn)營管理向智能化、精益化邁進(jìn)，為行業(yè)智能化轉(zhuǎn)型樹立典范。

（4）節(jié)能成效顯著

合理布局光伏電池板捕集太陽能降低電網(wǎng)供電，照明能耗降低70%。光照傳感器監(jiān)測環(huán)境照度，依據(jù)預(yù)設(shè)亮度曲線及人員活動、時(shí)間因素智能調(diào)控?zé)艟吡炼?，?jié)約能源、削減運(yùn)營成本，為選煤廠可持續(xù)發(fā)展厚植綠色根基。

（5）設(shè)備系統(tǒng)穩(wěn)定

安全管控系統(tǒng)采用先進(jìn)的儲能技術(shù)和智能控制算法，供電方式切換期間確保燈具正常工作，LED燈具有長壽命、低故障率的特點(diǎn)，減少了維護(hù)成本和工作量。

結(jié) 語

岱莊選煤廠智能光伏照明及人員定位系統(tǒng)的建設(shè)與探索，實(shí)現(xiàn)了照明系統(tǒng)的智能節(jié)能控制和人員的精準(zhǔn)定位管理，提高選煤廠的生產(chǎn)效率、安全性和管理水平。通過與人員定位手環(huán)聯(lián)動，提供精準(zhǔn)人員位置信息，提升了事故預(yù)警與應(yīng)急處理效率。在智能照明方面，相較于傳統(tǒng)照明模式，降低能耗、減少電費(fèi)支出。隨著智能化技術(shù)的不斷發(fā)展，智能光伏照明及人員定位系統(tǒng)將在選煤廠得到更廣泛的應(yīng)用和進(jìn)一步的完善，為選煤行業(yè)可持續(xù)發(fā)展注入新活力。

編輯丨李莎

審核丨趙瑞

煤炭科學(xué)研究總院期刊出版公司擁有科技期刊21種。其中，SCI收錄1種，Ei收錄5種、CSCD收錄6種、Scopus收錄7種、中文核心期刊9種、中國科技核心期刊11種、中國科技期刊卓越行動計(jì)劃入選期刊4種，是煤炭行業(yè)最重要的科技窗口與學(xué)術(shù)交流陣地，也是行業(yè)最大最權(quán)威的期刊集群。

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主編：王國法院士

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